基于多关节机械臂的单目视觉定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于多关节机械臂的单目视觉定位装置及方法，该方法包括：采集包含待定位目标的图像信息；识别所述图像信息内的目标；控制多关节机械臂位于至少两点以上不同位姿状态，使得单目摄像机的光轴点分别与该目标重合，分别记录重合状态下所述单目摄像机的位姿坐标；根据所述单目摄像机不同的位姿坐标，利用空间几何原理计算待定位目标的空间坐标。在目标对准光轴的条件下采用空间几何运算获取目标位置，不涉及复杂的处理算法与相机内部参数标定，高效实用。不需要专门的测距仪，也无需双目摄像机，具有设备成本低廉，操作简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于多关节机械臂的单目视觉定位装置及方法
本专利技术涉及机器视觉
，特别是涉及一种基于多关节机械臂的单目视觉定位装置及方法。
技术介绍
随着智能化水平的提高与机器人使用的普及，基于机器视觉的机械臂移动控制已广受关注。即通过机器视觉获取目标定位，然后，控制机械臂末端移动到目标点执行抓取等相关操作。视觉引导过程中，目前普遍采用的视觉定位方法有：专用测距+单目视觉、双目立体视觉、单目视觉等。其中专用测距+单目视觉方法中，通过专用测距仪(超声波测距仪、激光测距仪等)获取目标的Z向距离坐标，通过二维图像处理获取X、Y向坐标。双目立体视觉定位方法中，利用两个距离一定的单目摄像机采集图像，通过图像处理手段获取两单目摄像机图像中匹配点对之间的距离，即视差，结合视差与深度信息之间的对应关系，可获取目标点距离信息，结合所得距离与焦距，进一步可获取X、Y方向的坐标信息。单目视觉方法中，主要分为单帧图像视觉定位与多帧图像视觉定位：单帧图像视觉定位中，采集单帧目标图像，并在目标上设定相对位置已知的多个标志点，结合相机内部参数与焦距，基于针孔模型求解目标三维位置；多帧图像视觉定位中，单目摄像机于不同位姿采集多帧目标图像，基于相机内部参数、图像特征点匹配、基本矩阵、本质矩阵、相机转移矩阵、目标像素坐标求出目标三维位置，并通过多点位置信息建立目标坐标系，推出位姿信息。相对专用测距+单目视觉与双目视觉定位而言，单目视觉定位具有系统简单，成本较低且定位空间广等优点。专利技术专利201710209981.4公开了一种伺服随动视觉装置及动态跟踪测距方法，方法中通过伺服驱动两台相距一定距离的摄像机使目标趋近光轴，然后，通过伺服电机编码器测量光轴与基线夹角，经过几何运算获取目标位置。专利技术专利201210203745.9公开了一种基于机械臂与单目视觉的喷雾定位方法，方法中将单目摄像机光轴对准目标形心，并沿光轴移动，在两个不同距离条件下采集图像并基于相机内部参数计算目标图像的特征尺寸，结合移动距离差，通过比例运算获取目标到摄像机的距离值；然后，根据所得距离、目标图像尺寸及单目摄像机焦距，可获取目标在单目摄像机坐标系下的位置与尺寸信息；最后，通过坐标系转换，获取目标在世界坐标系下位置信息。专利技术专利201410016272.0公开了一种基于机械臂与单目视觉的目标位姿测量方法，该方法首先进行相机内部参数标定，机械臂手眼标定，并基于对极几何法获取两不同拍摄位姿条件下目标图像的基础矩阵；然后结合基础矩阵、内参矩阵、本质矩阵、手眼标定矩阵，获取两拍摄位置的单目摄像机旋转矩阵与位移变换矩阵；之后基于这两个单目摄像机变换矩阵、目标像素坐标、目标上标记点实际物理距离，获取目标上标定点相对于单目摄像机的三维坐标；最终根据多标记点空间位置建立目标坐标系，获取目标相对单目摄像机坐标系与世界坐标系的整体位姿状态。然而，上述视觉定位方法虽然在精度方面可取得较好效果，但存在系统成本高、相机内参标定繁琐、处理算法复杂等缺点，因此，如何提出一种成本低、操作及计算简单的单目视觉定位装置及方法是本专利技术亟需解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于多关节机械臂的单目视觉定位装置及方法，用于解决现有技术中机器臂单目视觉定位系统成本高、相机内参标定繁琐、处理算法复杂的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于多关节机械臂的单目视觉定位装置，包括：机械臂基座、多关节机械臂、单目摄像机与控制设备；所述多关节机械臂安装于所述机械臂基座上，所述单目摄像机安装在机械臂上，用于实时采集图像信息；且所述图像信息包含多种位姿状态下的待定位目标的图像；所述控制设备分别与多关节机械臂、单目摄像机相连；所述控制设备包括存储器与处理器，所述存储器用于存储程序和图像信息，所述处理器用于运行该程序，其中，所述程序进一步包括：识别程序，其配置为识别所述图像信息内的待定位目标；控制程序，其配置为控制所述多关节机械臂处于不同的位姿状态，其中，所述单目摄像机在该种位姿状态下所对应的光轴点与待定位目标重合；计算程序，其配置为根据接收到的所述图像信息获取所述单目摄像机的光轴点与目标重合下至少两个不同的摄像机位姿坐标，利用空间几何原理计算待定位目标的空间坐标。本专利技术的另一目的还在于提供一种基于多关节机械臂的单目视觉定位方法，包括：采集包含待定位目标的图像信息；识别所述图像信息内的目标；控制多关节机械臂位于至少两点以上不同位姿状态，使得单目摄像机的光轴点分别与该目标重合，分别记录重合状态下所述单目摄像机的位姿坐标；根据所述单目摄像机不同的位姿坐标，利用空间几何原理计算待定位目标的空间坐标。如上所述，本专利技术的基于多关节机械臂的单目视觉定位装置及方法，具有以下有益效果：本专利技术提供的单目视觉定位方法在目标对准光轴的条件下采用空间几何运算获取目标距离，不涉及复杂的处理算法与相机内部参数标定，高效实用。不需要专门的测距仪，也无需双目单目摄像机，具有系统成本低，操作简单的优点。附图说明图1显示为本专利技术提供的一种基于多关节机械臂的单目视觉定位系统结构框图；图2显示为本专利技术提供的一种基于多关节机械臂的单目视觉定位方法流程图；图3显示为本专利技术提供的一种基于几何运算的目标位置求解结构示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。请参阅图1，本专利技术提供的一种基于多关节机械臂的单目视觉定位系统结构框图，包括：机械臂基座、多关节机械臂、单目摄像机与控制设备；所述多关节机械臂安装于所述机械臂基座上，所述单目摄像机安装在机械臂上，用于实时采集图像信息；且所述图像信息包含多种位姿状态下的待定位目标的图像；所述控制设备分别与多关节机械臂、单目摄像机相连；所述控制设备包括存储器与处理器，所述存储器用于存储程序和图像信息，所述处理器用于运行该程序，其中，所述程序进一步包括：识别程序，其配置为识别所述图像信息内的待定位目标；控制程序，其配置为控制所述多关节机械臂处于不同的位姿状态，其中，所述单目摄像机在该种位姿状态下所对应的光轴点与待定位目标重合；计算程序，其配置为根据接收到的所述图像信息获取所述单目摄像机的光轴点与目标重合下至少两个不同的摄像机位姿坐标，利用空间几何原理计算待定位目标的空间坐标。具体地，机械臂由多个旋转关节组成，在此优选为六个旋转关节，理论上可实现空间任意位姿状态的到达。因此所述机械臂带动安装在其上的单目摄像机，可以在任意位姿移动与旋转，获得更大的视觉空间，避免视觉遮挡，相对于单关节机械臂，可更自由地跟踪目标，避免目标溢出像面。机械臂基座的基坐标系B设置于第一关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多关节机械臂的单目视觉定位装置，其特征在于，包括：机械臂基座、多关节机械臂、单目摄像机与控制设备；所述多关节机械臂安装于所述机械臂基座上，所述单目摄像机安装在机械臂上，用于实时采集图像信息；且所述图像信息包含多种位姿状态下的待定位目标的图像；所述控制设备分别与多关节机械臂、单目摄像机相连；所述控制设备包括存储器与处理器，所述存储器用于存储程序与图像信息，所述处理器用于运行该程序，其中，所述程序进一步包括：识别程序，其配置为识别所述图像信息内的待定位目标；控制程序，其配置为控制所述多关节机械臂处于不同的位姿状态，其中，所述单目摄像机在该种位姿状态下所对应的光轴点与待定位目标重合；计算程序，其配置为根据接收到的所述图像信息获取所述单目摄像机的光轴点与目标重合下至少两个不同的摄像机位姿坐标，利用空间几何原理计算待定位目标的空间坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于多关节机械臂的单目视觉定位装置，其特征在于，包括：机械臂基座、多关节机械臂、单目摄像机与控制设备；所述多关节机械臂安装于所述机械臂基座上，所述单目摄像机安装在机械臂上，用于实时采集图像信息；且所述图像信息包含多种位姿状态下的待定位目标的图像；所述控制设备分别与多关节机械臂、单目摄像机相连；所述控制设备包括存储器与处理器，所述存储器用于存储程序与图像信息，所述处理器用于运行该程序，其中，所述程序进一步包括：识别程序，其配置为识别所述图像信息内的待定位目标；控制程序，其配置为控制所述多关节机械臂处于不同的位姿状态，其中，所述单目摄像机在该种位姿状态下所对应的光轴点与待定位目标重合；计算程序，其配置为根据接收到的所述图像信息获取所述单目摄像机的光轴点与目标重合下至少两个不同的摄像机位姿坐标，利用空间几何原理计算待定位目标的空间坐标。2.一种基于多关节机械臂的单目视觉定位方法，其特征在于，包括：采集包含待定位目标的图像信息；识别所述图像信息内的目标；控制多关节机械臂位于至少两点以上不同位姿状态，使得单目摄像机的光轴点分别与该目标重合，分别记录重合状态下所述单目摄像机的位姿坐标；根据所述单目摄像机不同的位姿坐标，利用空间几何原理计算待定位目标的空间坐标。3.根据权利要求2所述的基于多关节机械臂的单目视觉定位方法，其特征在于，所述采集包含待定位目标的图像信息的步骤，包括：将所述单目摄像机安装于多关节机械臂上，使得所述单目摄像机位于多种位姿状态皆可采集到待定位目标的图像信息。4.根据权利要求2所述的基于多关节机...

【专利技术属性】
技术研发人员：万小丽，刘向东，张燕彤，刘景亚，龙灏，彭晓华，蔡春扬，
申请(专利权)人：中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50